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Normalerweise wandelt sich Eis beim Auftauen in flüssiges Wasser um. Das kennen wir aus unserer Alltagserfahrung: Wenn wir ein Stück Eis in einem Topf auf dem Herd erwärmen, wird es zunächst flüssig, bei 100 Grad Celsius beginnt das Wasser zu kochen und "verdampft" schließlich restlos.
Doch es gibt auch einen direkten Weg von Eis zu gasförmigem Wasser: Die Sublimation. Ganz allgemein nimmt dabei ein Stoff den direkten Weg vom festen in den gasförmigen Zustand. Elementares Jod zum Beispiel ist ein Feststoff, der unter Normalbedingungen sublimiert. Flaschen, in denen Jod aufbewahrt wird, sind daher stets mit braunem, gasförmigem Jod angefüllt.
Auch beim Eis kann dieser direkte Übergang vom Feststoff zum Gas stattfinden. Das ist der Grund, warum man sogar im tiefsten Winter Wäsche im Freien trocknen kann. Das Wasser in der feuchten Wäsche gefriert zunächst. In der trockenen kalten Luft kann dann das Eis sublimieren, es geht also ohne den Umweg des flüssigen Wassers als gasförmiges Wasser in die Luft. Das allerdings dauert länger als das Trocknen an warmer Luft.

Die Aggregatzustände und Phasenübergänge

Die Temperatur bei der Wasser siedet ist keineswegs immer 100 °C. Unser Temperatursystem, das nach dem schwedischen Astronom Anders Celsius benannt ist, ist zwar durch den Siede- und Schmelzpunkt von Wasser für 100 beziehungsweise 0 Grad geeicht. Doch gelten diese Werte nur für einen ganz bestimmten Luftdruck. Jedes Flüssigkeitsteilchen wird durch den Umgebungsdruck zunächst daran gehindert, aus der Flüssigkeit zu treten. Erst wenn die Energie des Teilchens durch Erhitzen größer ist als der Umgebungsdruck, kann es aus der Flüssigkeit heraus – es verdampft und tritt somit in die gasförmige Phase über.

Auf dem Gipfel eines hohen Berges etwa kocht Wasser bei Temperaturen weit unter 100 °C. In 4.000 Metern Höhe beispielsweise bei ca. 86 °C . Damit Frühstückseier hier gar werden, müssen sie deutlich länger im kochenden Wasser bleiben. Ab 5.000 Metern über dem Meeresspiegel reicht die Temperatur des kochenden Wassers nicht mehr ein Ei hart zu kochen, da das Eigelb nicht gerinnt.

Um diesen Zusammenhang von Druck und Temperatur zu verdeutlichen, verwenden Physiker das so genannte Phasendiagramm. Daran lässt sich ablesen, ob ein Stoff bei gegebener Temperatur und bei gegebenem Druck fest, flüssig oder gasförmig ist.

Das Phasendiagramm von Wasser
Das Phasendiagramm von Wasser

Es lässt sich zum Beispiel ablesen, dass Wasser bei Temperaturen unter 0 ab 5 mbar Druck immer direkt von der festen in die gasförmige Phase übergeht. Der Physiker nennt das Sublimation.

Der Tripelpunkt gibt den Zustand an, bei dem alle drei Aggregatzustände gleichzeitig vorkommen können. Im Falle des Wassers liegt er bei -0,01°C und einem sehr geringen Druck von 6 Millibar.